蔡 濤
(河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院,河南省鄭州市,450000)
隨著我國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,煤炭的消耗量逐年加大,從而帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題,特別是煤塵污染問(wèn)題最為突出,在很大程度上制約了煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此,大力發(fā)展煤炭分選業(yè),加大研發(fā)力度,重點(diǎn)研究封閉式選煤車間除塵系統(tǒng),從而降低煤炭分選過(guò)程中的煤塵污染,是解決煤場(chǎng)周邊環(huán)境污染問(wèn)題的有效方法。
現(xiàn)階段,潔凈、安全和高效既是選煤廠生產(chǎn)的顯著特征,也是選煤廠生產(chǎn)的基本要求。粉塵會(huì)造成環(huán)境污染,給工人及周圍居民帶來(lái)嚴(yán)重的健康威脅。同時(shí),也會(huì)嚴(yán)重?fù)p耗原料及生產(chǎn)設(shè)備,影響生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效益。更為嚴(yán)重的是,當(dāng)粉塵數(shù)量不斷積聚達(dá)到一定濃度時(shí),還會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)。
就選煤廠而言,其粉塵主要由煤粉和其他粉狀物構(gòu)成,按照存在狀態(tài)可將粉塵劃分為干粉塵和濕粉塵兩類。其中,如果干粉塵破裂,就可能引發(fā)二次污染,造成難以挽回的損失。選煤廠在進(jìn)行給煤、篩分、破碎以及帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)等環(huán)節(jié)時(shí),原煤會(huì)產(chǎn)生大量的煤塵,這是選煤廠粉塵的主要來(lái)源。
通常情況下,卸料口和給料口在受料設(shè)備上會(huì)存在一定的落差,在這種情況下,空氣與煤粉流之間會(huì)發(fā)生剪切作用,煤粉流逐漸向外擴(kuò)散,而空氣則被卷進(jìn)物料流當(dāng)中。而對(duì)于粉塵而言,會(huì)在兩者共同作用下不斷向外飛揚(yáng)。與此同時(shí),煤粉流與運(yùn)動(dòng)著的帶式輸送機(jī)膠帶面之間會(huì)產(chǎn)生不同程度的煤塵并向四周擴(kuò)散。在實(shí)際生產(chǎn)中,卸料口的產(chǎn)塵濃度與諸多因素有關(guān),如煤的種類、溜槽落差的大小、煤的干濕程度、帶式輸送機(jī)膠帶運(yùn)動(dòng)的速度等等,這些都是其具體的影響因素。
在振動(dòng)篩工作環(huán)境下,煤粉間隙中的空氣會(huì)被擠壓。此時(shí),粉塵也會(huì)在向外高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中逸出,并伴隨著大量粉塵瞬間揚(yáng)起。通過(guò)篩面,大部分含塵氣流會(huì)向上排出,伴隨著這種排出,一些高濃度的粉塵會(huì)出現(xiàn)在振動(dòng)篩的四周。
破碎機(jī)產(chǎn)塵源主要由卸料口、加料口以及溜槽3部分組成。大塊原煤在經(jīng)過(guò)擠壓、撞擊和破碎等幾道工序后,經(jīng)過(guò)溜槽送至帶式輸送機(jī),這個(gè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生不同數(shù)量和不同濃度的煤塵。在塵源處,新產(chǎn)生的粉塵會(huì)隨著氣流四處擴(kuò)散,當(dāng)擴(kuò)散到一定程度時(shí),就會(huì)產(chǎn)生粉塵污染。
以前,選煤廠主要依靠通風(fēng)排塵或者噴霧灑水方法來(lái)除塵,雖然收到了一定的除塵效果,但是呼吸性粉塵的含量依然不能得到有效控制,粉塵污染問(wèn)題也未能得到根本性的解決。隨著時(shí)間的推移,逐漸推出了一些新型的除塵技術(shù)。其中,使用除塵器進(jìn)行抽氣凈化就是最為有效的一種,而且其應(yīng)用效果得到了社會(huì)的一致認(rèn)同。根據(jù)除塵方式的不同,礦用除塵器主要分為濕式除塵器和干式除塵器兩類。對(duì)比而言,濕式除塵器的除塵效率低且除塵量小,除塵效果一般。而干式除塵器的除塵效率高且除塵量大,除塵效果極佳。然而,由于干式除塵器的成本較高,多數(shù)選煤廠目前主要應(yīng)用濕式除塵器,客觀上造成了粉塵污染較重的現(xiàn)狀。
20世紀(jì)80年代,布袋除塵器問(wèn)世,并在我國(guó)獲得了較為廣泛的應(yīng)用,為選煤廠除塵工作提供了很大的幫助。然而,布袋除塵器的體積一般較大,無(wú)形中增加了應(yīng)用的難度。近年來(lái),濾筒除塵器憑借其優(yōu)越的性能,逐漸成為除塵器市場(chǎng)的暢銷品種。濾筒除塵器最早由美國(guó)的唐納森公司研發(fā),以新型的濾筒為濾料,具有體積小、使用便捷、管理簡(jiǎn)單、阻力低、效率高、性能高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢(shì)。截至目前,濾筒除塵器應(yīng)用于我國(guó)各行各業(yè)。有學(xué)者認(rèn)為應(yīng)用了上百年的袋式除塵器將會(huì)被新一代濾筒除塵器所取代,因?yàn)闉V筒除塵器有優(yōu)于袋式除塵器的占地面積小、除塵效率高以及產(chǎn)品售價(jià)低廉等諸多優(yōu)點(diǎn),將高效濾筒除塵器應(yīng)用于礦業(yè)除塵,既是十分必要的,也是十分可行的,可有效解決選煤廠粉塵治理問(wèn)題,并能創(chuàng)造良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
濾筒除塵器主要由清灰系統(tǒng)、濾筒和箱體3部分組成。
(1)清灰系統(tǒng)。清灰系統(tǒng)主要包括氣包、脈沖閥、噴吹管等部分構(gòu)成。如果濾筒表面積粉塵厚度較大,就應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清理。含塵氣流在濾筒過(guò)濾后排出,如果濾筒除塵器的阻力達(dá)到時(shí)間設(shè)定值或者壓差設(shè)定值,電磁閥會(huì)相應(yīng)地受到時(shí)間控制儀或者壓差控制儀控制,脈沖閥也將處于打開(kāi)狀態(tài),壓縮空氣直接噴入濾筒中心并進(jìn)行脈沖清灰。
(2)濾筒。在結(jié)構(gòu)方面,濾筒由內(nèi)層、外層和中間層3層構(gòu)成。其中,內(nèi)外層均為硬質(zhì)塑料網(wǎng)或金屬網(wǎng),而中間層則為褶型的濾料。與其他除塵器的濾筒相比,濾筒除塵器的濾筒具有過(guò)濾面積大的顯著優(yōu)勢(shì),這與其密集型的折疊方式有關(guān)。
(3)箱體。箱體由灰斗和氣箱兩部分組成,是濾筒除塵器的外殼。其中,灰斗主要用于收集過(guò)濾后的物料,而氣箱則主要用于提供所需的除塵空間。
通常情況下,如果含塵氣流進(jìn)入濾筒除塵器箱體,則大顆粒粉塵和小顆粒粉塵會(huì)有不同的處理結(jié)果。就大顆粒粉塵而言,它們要么因慣性而沿著邊壁沉降到灰斗內(nèi),要么因重力而直接沉降下來(lái)。而就小顆粒粉塵而言,它們會(huì)隨氣流通過(guò)筒體,過(guò)濾后干凈的氣體從出口排出,而剩下的粉塵顆粒則停留在濾料表面。隨著粉塵積聚量的不斷增加,其受到的阻力也會(huì)不斷增大。當(dāng)達(dá)到設(shè)定時(shí)間或者設(shè)定值時(shí),脈沖閥將會(huì)處于打開(kāi)狀態(tài),壓縮氣體會(huì)吹向?yàn)V筒中心并進(jìn)行清塵,使粉塵在瞬間吹落,除塵后,系統(tǒng)將恢復(fù)低阻力并正常運(yùn)行。
與其他除塵器相比,濾筒除塵器具有以下幾項(xiàng)顯著特征:
(1)除塵效率高。對(duì)于一般微米級(jí)的粉塵而言,其除塵效率幾乎達(dá)到100%。而且,濾筒的濾料越好,其處理能力越強(qiáng),除塵效率會(huì)更佳。
(2)阻力小。對(duì)于普通粉體,濾筒除塵器阻力將小于1000Pa;而對(duì)于粘附力較強(qiáng)粉體,濾筒除塵器阻力為1500Pa左右。
(3)水洗性能強(qiáng)。濾筒除塵器的一般濾筒 (紙質(zhì)濾筒除外)都能用水進(jìn)行清洗,晾干后可以重復(fù)使用。
(4)過(guò)濾風(fēng)速范圍廣。濾筒的材質(zhì)不同,過(guò)濾風(fēng)速也會(huì)有所不同。例如,摺式濾筒的過(guò)濾風(fēng)速高達(dá)2.4 m/min,而紙質(zhì)濾筒的過(guò)濾風(fēng)速僅為1m/min。
(5)入口濃度范圍廣。對(duì)于含塵濃度較高氣流,只需要摺式濾筒或者聚酯濾筒就能處理,這也反映了其入口濃度范圍廣的特征。
針對(duì)煤廠粉塵的特點(diǎn),在選煤車間進(jìn)行濾筒除塵器試驗(yàn)。該煤場(chǎng)地面施工前自然標(biāo)高為210.30m,施工后所需要達(dá)到的高度為207.10m,施工時(shí)要挖除3.20m 厚的土方。煤炭分選的主要污染物就是煤塵,要想進(jìn)行有效治理,就需要使用封閉車間并采用除塵系統(tǒng)。本車間原采用布袋除塵器,除塵效果不理想,為解決該問(wèn)題,現(xiàn)采用斜裝濾筒式除塵器,其濾筒采用橢圓形,目的是可以減少濾筒上部積塵對(duì)過(guò)濾面積的影響,提高除塵器的使用效率。
該除塵系統(tǒng)工藝流程為:塵源→集氣罩→管路→除塵器→風(fēng)機(jī)→干凈氣體外排。測(cè)試的方案按照GB12138-x89國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)里關(guān)于測(cè)試除塵器的性能的辦法確定了參數(shù)與測(cè)點(diǎn),主要測(cè)試設(shè)備與參數(shù)見(jiàn)表1。
通過(guò)實(shí)際測(cè)算,風(fēng)量與除塵器阻力及效率關(guān)系、入口濃度變化與除塵器阻力及效率關(guān)、風(fēng)速與除塵效率及除塵器阻力關(guān)系、入口濃度與除塵效率、除塵器及濾筒阻力關(guān)系分別見(jiàn)表2、表3、圖1及圖2。
表1 主要測(cè)試儀器與參數(shù)
表2 風(fēng)量與除塵器阻力及效率關(guān)系
表3 入口濃度變化與除塵器阻力及效率關(guān)
圖1 風(fēng)速與除塵效率及除塵器阻力關(guān)系
圖2 入口濃度與除塵效率、除塵器及濾筒阻力關(guān)系
從圖1可以看出,如果系統(tǒng)不加粉運(yùn)行時(shí),除塵器及濾筒阻力都伴隨著流量的提高而升高,加粉后除塵器及濾筒阻力都比空載時(shí)阻力有所增大,且都隨風(fēng)量的增加而增大,最高阻力達(dá)2000Pa,最低阻力僅有224Pa,同時(shí)除塵器的工作效率隨風(fēng)量的提高而減少。
從圖2可以看出,入口粉塵濃度變化對(duì)除塵器的阻力影響輕微且基本穩(wěn)定,除塵器的工作效率隨入口粉塵濃度的增大而減小,但除塵效率總體相對(duì)穩(wěn)定,盡管隨風(fēng)量及入口濃度變化而減小,但最低除塵效率也在99.6%以上。由此可見(jiàn),濾筒除塵器應(yīng)用于收集處理粒徑小于1.2um 的煤粉,除塵效率高達(dá)99.6%以上,效果明顯。
4.2.1 除塵器
在生產(chǎn)過(guò)程中,濾筒式除塵器使用的主要問(wèn)題是:封閉式選煤車間所產(chǎn)生的粉塵具有比重大、濃度大以及磨琢性強(qiáng)等特征,造成難以把濾筒中的上部灰塵清除,從而減少了有效的過(guò)濾面積,同時(shí)提高了除塵器的使用阻力,減小了除塵器的風(fēng)力,嚴(yán)重影響除塵器的使用效果。溢出的灰塵也給車間的環(huán)境帶來(lái)了較大影響,而且在這一情況下,還可增加濾料兩側(cè)的壓力,甚至還會(huì)破壞濾筒。濾筒式除塵器一般采用脈沖噴吹清灰,通過(guò)噴吹氣流,被吸附的粉塵揚(yáng)起,揚(yáng)起的灰塵在重力和氣流作用極易重新吸附在濾料上,難以沉降到灰斗中,同一粉塵反復(fù)吸附形成二次過(guò)濾阻力,特別在粉塵濃度較大時(shí),情況尤其明顯。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試發(fā)現(xiàn)在車間的一套除塵系統(tǒng)較之于原有的設(shè)計(jì)風(fēng)量,其實(shí)際運(yùn)行風(fēng)量要小的多,造成這一系統(tǒng)中多個(gè)捕集揚(yáng)塵點(diǎn)的效果都不理想。取出處于工作中的濾筒,看到了除塵器的運(yùn)行阻力,認(rèn)識(shí)到了濾筒中灰塵的影響 (其需要手動(dòng)進(jìn)行清灰),這些灰塵阻礙了濾筒的效率,讓濾筒中的空氣流通受阻,風(fēng)量降低,且給產(chǎn)塵點(diǎn)捕塵的效果造成了極壞的影響,可見(jiàn)濾筒除塵器定期清灰有重要的價(jià)值。應(yīng)加強(qiáng)除塵器的日常維護(hù)管理,在除塵器的操作規(guī)程中明確清灰周期及程序。
4.2.2 排風(fēng)罩
在工作中,煤炭預(yù)篩分采用的排氣罩由于溫度比較高,造成塵氣隨著氣流上升,有些塵氣會(huì)從排氣罩破損處直接溢出,并向車間溢入,這會(huì)給車間中的衛(wèi)生環(huán)境帶來(lái)極大的破壞。就設(shè)計(jì)方面而言,煤炭預(yù)篩分采用的排氣罩存在著很多的問(wèn)題,比如較小的抽風(fēng)口尺寸、罩外野風(fēng)的風(fēng)幕風(fēng)源、較大的上部開(kāi)口尺寸等等,在一年來(lái)投產(chǎn)中多次進(jìn)行了改造,然而效果卻始終都不理想。為了使車間的生產(chǎn)環(huán)境得到根本的改善,棄用了位于排風(fēng)罩上面的空氣幕,且將活動(dòng)的頂蓋加裝在了排氣罩的上部,有效地改善了排風(fēng)罩在排風(fēng)方面的效果。此外,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn),因?yàn)樘幵谲囬g的大門位置,在工作時(shí)間由于物料的搬進(jìn)搬出,造成大門處在開(kāi)放狀態(tài),這樣空氣的流通會(huì)帶來(lái)一定的風(fēng)速,造成排風(fēng)罩中的粉塵溢出,嚴(yán)重影響車間環(huán)境。根據(jù)模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn),將排風(fēng)口加在排風(fēng)罩的左側(cè)后,罩口左側(cè)的渦流顯著減小,這有助于罩內(nèi)的氣流變化,可以減少過(guò)堂風(fēng)對(duì)罩內(nèi)氣流的影響,減少粉塵溢出,進(jìn)而降低過(guò)堂風(fēng)帶來(lái)的車間污染。改造后的排風(fēng)罩模型示意圖如圖3所示。
4.2.3 通風(fēng)管道
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,在除塵通風(fēng)管道的彎頭處容易產(chǎn)生十分嚴(yán)重的磨損,而且該部位接近吸入粉塵口,有著較高的粉塵濃度,且其顆粒有著腐蝕和磨損能力,很容易造成管道破損,究其原因主要有以下幾點(diǎn):
(1)受調(diào)試和設(shè)計(jì)等方面因素的影響,風(fēng)速在除塵系統(tǒng)的管道里較高,那些較高濃度的粉塵在經(jīng)過(guò)管道的彎頭處時(shí),嚴(yán)重磨琢和碰撞管道,這給管道的使用壽命帶來(lái)了極大的影響。
圖3 改造后的排風(fēng)罩模型示意圖
(2)除塵系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中也存在著不足和缺陷,如粉塵的捕集口離煤流很近且風(fēng)速又大,在進(jìn)行抽塵時(shí),除塵管道會(huì)吸入很多有著超過(guò)0.2mm粒度的顆粒,這無(wú)疑會(huì)加重管道負(fù)擔(dān),這些顆粒的磨損能力很強(qiáng),尤其是對(duì)彎頭處的影響。
(3)彎頭回轉(zhuǎn)半徑過(guò)小,也加劇了粉塵對(duì)管道的磨損。
在除塵管道設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試中應(yīng)重視控制管道風(fēng)速大小、管道拐彎處的弧度以及粉塵捕集口的位置,從而提高除塵效果和減少系統(tǒng)維護(hù)工作量。
本應(yīng)用研究表明,封閉式選煤車間配套高效濾筒除塵系統(tǒng)可有效降低煤場(chǎng)起塵量,排放濃度小于50mg/m3,室內(nèi)濃度小于10mg/m3,極大地改善了選煤廠內(nèi)部及周邊環(huán)境,符合我國(guó)環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排政策,同時(shí)也有利于改善企業(yè)形象,社會(huì)效益和環(huán)境效益顯著。
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